DE3206641C2 - Verfahren zur Regelung der Gießgeschwindigkeit aus einem Druckofen für Metallschmelzen und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Gießgeschwindigkeit aus einem Druckofen für Metallschmelzen mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1. Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Auslege­ schrift 24 32 060 als bekannt zu entnehmen. Zum besseren Verständnis der Erfindung seien nachfolgende Betrachtungen angestellt:

Ein herkömmlicher Druckofen für Metallschmelzen ist mit einem Hauptkörper, einer Vorratskammer zur Aufnahme der Me­ tallschmelze, einem Einlaßkanal, durch welchen Metall­ schmelze in die Vorratskammer eingeführt werden kann, und einem Auslaßkanal versehen, über den die Metallschmelze der Vorratskammer in eine Gießkammer für die Metallschmelze einführbar ist. Die genannten Kanäle haben jeweils mit dem unteren Bereich der Vorratskammer Verbindung. Ein Gas vor­ bestimmten Druckes kann einem Raum in Form einer Druckkam­ mer zugeführt werden, welche sich oberhalb der Metall­ schmelze in der Vorratskammer befindet. Der Druck des zuge­ führten Gases bewirkt eine Strömung der Metallschmelze durch den Auslaßkanal, so daß der Spiegel der Metallschmel­ ze in der Gießkammer erhöht wird. Der Flüssigkeitspegel in der Gießkammer bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher die Metallschmelze durch eine Öffnung der Gießkammer in ei­ ne Form abgegossen wird.

Das Druckgas wird von einer Druckgasquelle in die Druckkammer gefördert, was unter Regelung durch eine Druck­ regeleinrichtung derart geschieht, daß der Pegel in der Gießkammer und damit die Geschwindigkeit geregelt werden kann, mit welcher die Metallschmelze in die Form gegossen wird. Um eine bestimmte Gießgeschwindigkeit aufrechtzuer­ halten, ist es notwendig, den Gasdruck in der Druckkammer in Abhängigkeit von der Menge der im Ofen befindlichen Me­ tallschmelze zu regulieren. Der Gasdruck muß so gewählt werden, daß durch ihn der Pegel der Metallschmelze in der Gießkammer gleich bleibt. Wenn Metallschmelze in die Form abgegossen werden soll, wird der Gasdruck oder Luftdruck, mit welchem die Druckkammer beaufschlagt wird, kurzfristig erhöht, so daß der Pegel der Schmelze in der Gießkammer an­ steigt.

Wenn bei einem solchen Druckofen die Metallschmelze von der Gießkammer in die Form abgegossen wird und gleichzeitig ein Nachfüllen von Metallschmelze erfolgt, so erhöht sich der Druck in der Vorratskammer in dem Maße, in welchem die Metallschmelzenmenge in der Vorratskammer zunimmt. Als Folge hiervon steigt der Pegel der Metallschmelze in der Gießkammer. Dies führt zu Veränderungen der bei einem Gieß­ vorgang abgegossenen Schmelzenmenge. Um solche Veränderun­ gen zu verhindern, wird über ein Ventil eine bestimmte Menge von Druckgas aus der Druckkammer gelassen, wenn wäh­ rend eines Nachfüllens von Schmelze gleichzeitig auch Schmelze in die Form gegossen wird. Hierdurch wird er­ reicht, daß überschüssiges Druckgas aus der Druckkammer entweichen kann, so daß der Pegel der Schmelze in der Gieß­ kammer auf dem gewünschten Wert bleibt.

Zur Durchführung des beschriebenen Regelvorganges ist es notwendig, festzustellen, ob gerade Schmelze nachgefüllt wird oder nicht. Bei einem gebräuchlichen Verfahren zur Feststellung des Betriebszustandes wird zunächst das Ge­ wicht der Schmelze in dem Ofen mittels eines Gewicht-Meß­ wertgebers ermittelt, der sich unterhalb des Hauptkörpers des Ofens befindet. Das Ausgangssignal des Gewicht-Meßwert­ gebers ermöglicht die Bildung eines Signales, welches die Tatsache meldet, daß Schmelze gerade nachgefüllt wird. Die­ ses den Nachfüllvorgang meldende Signal wird einem Servomo­ tor zugeführt, der ein Druckregelventil betreibt, um den Druck in der Druckkammer in der gewünschten Weise zu regu­ lieren.

Bei dem soeben beschriebenen, bekannten Betriebsverfah­ ren ergibt sich eine Zeitverzögerung während der Feststel­ lung des Nachfüllvorganges aufgrund des Vorhandenseins des Servomotors und der Signalbildungseinrichtungen. Im allge­ meinen geht aber das Nachfüllen von Schmelze sehr rasch vor sich, beispielsweise aufgrund der Verwendung einer Nach­ füllpfanne oder dergleichen. Demzufolge ergeben sich Schwierigkeiten, da das Gas in der Druckkammer nicht rasch genug abgelassen werden kann, um unerwünschte Druckanstiege zu vermeiden. Aus diesem Grunde ist es schwierig, die Schmelzenmenge, welche mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgegossen werden soll, mit hoher Genauigkeit zur regeln, wenn unerwünschte Druckanstiege in der Druckkammer auftre­ ten können.

Eine andere Methode zum Feststellen des Vorganges einer Ergänzung der Schmelze sieht vor, daß der Unterschied zwi­ schen dem Druck einer Druckregeleinrichtung und dem Druck in der Druckkammer mittels eines empfindlich arbeitenden Druckdifferenzdetektors festgestellt wird, welcher eine An­ zeige des Vorganges der Schmelzenergänzung liefert. In diesem Falle ergeben sich aber ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren Schwierigkeiten aufgrund einer Zeitverzögerung beim Betrieb des Detektors, wodurch es wiederum schwierig wird, den gleichmäßigen Abguß von Schmelze zur regeln.

Da außerdem beide zuvor beschriebenen Methoden zum Feststellen des Nachfüllvorganges komplizierte Einrichtun­ gen erforderlich machen, haben diese oft eine kurze Lebens­ dauer und im Falle der Wartung und Reparatur sind lange Stillstandzeiten in Kauf zu nehmen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren zur Regelung der Gießgeschwindigkeit aus einem Druckofen für Metallschmelzen mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes von Patentanspruch 1 so auszugestalten, daß die Ab­ gußgeschwindigkeit mit vergleichsweise einfachen Einrich­ tungen auch während des Nachfüllens von Schmelze mit erhöh­ ter Genauigkeit reguliert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale ge­ löst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens bildet Gegenstand von Anspruch 2.

Die Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zur Durch­ führung des angegebenen Verfahrens, welche durch die in An­ spruch 3 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Die hohe Geschwindigkeit der Bildung von Meßsignalen entsprechend der im Ofen enthaltenen Schmelzenmenge in Zeitintervallen von 0,5 s bis 2 s gestattet gleichsam eine Früherkennung eines Nachfüllvorganges in deutlicher Unter­ scheidung zu Schmelzenpegel-Änderungsvorgängen während des normalen Abgießens.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Be­ zugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Abbildung eines Druckofens für Metallschmelzen,

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die Änderungen des Gewichtes der Metallschmelze im Ofen über der Zeitachse aufgetragen sind, wobei die Schmelzenmenge in der Vorrats­ kammer des Ofens auf der Ordinate aufgetragen ist,

Fig. 3 eine schematische Abbildung eines Druckofens für Metallschmelzen der angegebenen Art und

Fig. 4 ein Diagramm, welches den Entlüftungs­ vorgang verdeutlicht, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Menge der abgelassenen Luft aufge­ tragen ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, enthält ein Hauptkörper 1 eines herkömmlichen Druckofens für Metallschmelzen eine Vorratskammer 2 zur Aufnahme der Metallschmelze 5. Ein Einlaßkanal 3 dient zum Ergänzen der Metallschmelzenfüllung der Vorratskammer 2 über eine Öffnung 3a. Ein Auslaßkanal 4 ermöglicht eine Strömung von Metall­ schmelze aus der Vorratskammer 2 in eine Gießkammer 4a. Der Ein­ laßkanal 3 und der Auslaßkanal 4 münden in dem unteren Bereich der Vorratskammer 2 in diese ein. Ein Gas vorbestimmten Druckes ist in eine Druckkammer 6 oberhalb der Metallschmelze 5 einführ­ bar, um die Schmelze über den Auslaßkanal 4 in die Gießkammer 4a zu drücken. Die Metallschmelze wird dann über eine Öffnung 4b der Gießkammer 4a in eine Form 7 abgegossen.

Das in die Druckkammer 6 einführbare Druckgas wird von einer Druckgasquelle 8 bezogen und gelangt in die Druckkammer 6 über eine Druckregeleinrichtung 9, welche den Druck so regelt, daß eine bestimmte Schmelzenmenge in die Form 7 abgegossen werden kann. Der Druck in der Druckkammer 6 hat einen bestimmten Wert P und entspricht einer Menge der Schmelze, welche durch einen Gewicht-Meßwertgeber 11 festgestellt wird. Der Pegel der Metall­ schmelze in der Gießkammer 4a wird also auf einer bestimmten Höhe H₁ gehalten. Ein Abgießen von Schmelze in die Form 7 er­ folgt durch kurzfristige Erhöhung des Druckes des Druckgases in der Druckkammer 6 um einen Wert Δ P, so daß der Pegel der Schmelze in der Gießkammer 4a auf die Höhe H₂ gebracht wird.

Wenn die Schmelze in der Gießkammer 4a in die Form 7 hinein abgegossen wird, während gleichzeitig ein Nachfüllen von Schmel­ ze über die Öffnung 3a erfolgt, so erhöht sich der Druck in der Druckkammer 6 oberhalb der Vorratskammer 2 entsprechend der Zu­ nahme der Schmelzenmenge in der Vorratskammer 2. Der Schmelzen­ pegel in der Gießkammer 4a stegigt daher entsprechend an. Dies führt zu einer Veränderung der Menge abgegossener Schmelze während eines Gießvorganges. Um solche Änderungen zu verhindern, wird ein solenoidbetätigtes Ventil 10 aufgesteuert, wenn während des Abgießens von Schmelze in die Form 7 gleichzeitig Schmelze nach­ gefüllt wird. Eine der inkrementellen Zunahme der Schmelzenmenge in der Vorratskammer 2 entsprechende Menge von Druckluft wird abgelassen, um den Pegel der Schmelze in der Gießkammer 4a auf der Höhe H₂ zu halten.

Es sei bemerkt, daß in Fig. 3 Teile, welche denjenigen der Einrichtung nach Fig. 1 entsprechen, mit entsprechenden Bezugs­ zeichen versehen sind und in entsprechender Weise arbeiten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ebenfalls der Haupt­ körper 1 des Ofens auf Gewicht-Meßwertgebern 11 abgestützt. Der Meßwertgeber 11 erzeugt ein Ausgangssignal, welches dem Gewicht der Schmelze entspricht, die sich in dem Druckofen be­ findet.

Das Ausgangssignal des Gewicht-Meßwertgebers 11, nämlich ein Signal entsprechend dem Gewicht der im Ofen befindlichen Schmelze, wird durch einen Tastungskreis 12 probenweise in bestimmten Zeit­ intervallen entnommen. Das Zeitintervall liegt im Bereich von 0,5 Sekunden bis 2 Sekunden. In dem Tastungs­ kreis 12 wird eine Differenz zwischen einem Tastungswert der vorausgegangenen Tastung und einer gegenwärtigen Tastung errech­ net. Man erhält somit die Änderungsgeschwindigkeit bezüglich des Gewichtes der in dem Ofen 1 befindlichen Schmelze.

Beim Ergänzen der Schmelze nimmt das im Ofen befindliche Schmelzengewicht plötzlich innerhalb eines kurzen Zeitraumes zwischen den Zeiten t_a und t_b zu, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Ein Ausgangssignal des Tastungskreises 12 entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit bezüglich des Schmelzengewichtes wird dann mit einem konstanten Bezugssignal in einer Vergleicher­ schaltung 13 verglichen. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit einen Vergleichswert von beispielsweise 10 kg/s bis 30 kg/s übersteigt, so erzeugt die Vergleicherschaltung 13 ein Ausgangssignal. Dies bewirkt, daß der Zustand einer Ergänzung oder Nachfüllung der Schmelze festgestellt wird und das solenoidbetätigte Ventil 10 in Betrieb gesetzt wird, um einen Überdruck abzulassen.

Während des Nachfüllens der Schmelze wird Luft mit einem bestimm­ ten Druck P fortwährend von der Druckregeleinrichtung 9 nachge­ fördert, so daß der Innendruck in der Druckkammer 6 ständig auf dem Wert P bleibt und der Pegel der Schmelze in der Gießkammer 4a auf dem Wert H₁ bleibt. Wenn die Schmelze abgegossen wird, steigt andererseits der Innendruck in der Druckkammer 6 von dem Wert P auf den Wert P + Δ P, so daß der Pegel der Schmelze in der Gieß­ kammer 4a auf den Wert H₂ steigen würde.

Wird das Abgießen während des Nachfüllens der Schmelze durchge­ führt, so erzeugt die Vergleicherschaltung 13 ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Nachfüllens, so daß das solenoidbetätigte Ventil 10 in Betrieb gesetzt wird. Eine bestimmte Druckluftmenge wird daher aus der Druckkammer 6 abge­ lassen, um den Pegel der Schmelze auf dem Wert H₂ zu halten.

Das solenoidbetätigte Ventil 10 wird wiederholt während der Nachfüllzeit T_x eingeschaltet und ausgeschaltet, wie in Fig. 4b gezeigt ist, so daß die erforderliche Luftmenge abgelassen wird. Das EIN-AUS-Verhältnis ist einstellbar und kann auf einen Optimal­ wert eingestellt werden, wobei die Einstellung abhängig von den Eigenschaften des Ventils 10, der Nachfüllgeschwindigkeit oder dergleichen gewählt wird.

Selbst wenn die Schmelze in der Gießkammer 4a in die Form 7 abgegossen wird, während Schmelze nachgefüllt wird, kann demge­ mäß der Pegel der Schmelze in der Gießkammer 4a auf dem kon­ stanten Wert H₂ gehalten werden, da der Innendruck in der Druck­ kammer 6 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, indem in der zuvor beschriebenen Weise die Druckkammer entlastet wird. Die Menge der abgegossenen Schmelze wird daher während eines Gießvorganges immer genau konstant gehalten.

Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird also die Feststel­ lung eines Nachfüllvorganges durch einfache Signalverarbeitung erreicht, wobei etwa die Tastung eines Betriebszustandes, etwa einer Gewichtsbestimmung vermittels des Gewicht-Meßwertgebers, vorgenommen wird. Die Geschwindigkeit der Signalbildung ist außerordentlich hoch und etwaige Zeitverzögerungen bis zum Ent­ lüftungsvorgang werden praktisch vermieden. Die Menge der abge­ gossenen Schmelze kann daher mit hoher Genauigkeit geregelt werden, selbst wenn gerade die Schmelze nachgefüllt oder ergänzt wird.

Da weiterhin keine beweglichen Teile, wie Potentiometer, Servo­ motoren, oder dergleichen, erforderlich sind, ergibt sich eine hohe Lebensdauer der Anlageteile und die Wartung ist einfacher als bei entsprechenden bekannten Einrichtungen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung der Gießgeschwindigkeit aus ei­ nem Druckofen für Metallschmelzen, welcher eine Vorratskam­ mer (2) zur Aufnahme der Metallschmelze, einen Einlaßkanal (3) zur Zuführung von Metallschmelze zu der Vorratskammer, einen Auslaßkanal (4) zur Zuführung von Metallschmelze aus der Vorratskammer in eine Gießkammer (4a) am oberen Ende des Auslaßkanales und eine Auslaßöffnung (4b) zum Abgießen der Metallschmelze enthält, wobei Mittel zur Zuführung von Druckgas bestimmten Druckes in einen Raum (6) oberhalb der Vorratskammer (2) vorgesehen sind, um den Pegel der Schmel­ ze in der Gießkammer (4a) auf einem vorbestimmten Wert zu halten, derart, daß die Gießgeschwindigkeit aus der genann­ ten Öffnung konstant gehalten wird und wobei Meßsignale entsprechend der in dem Ofen enthaltenen Schmelzenmenge ge­ bildet werden, von denen Stellsignale für die genannte Re­ gelung der Druckgaszufuhr zur Vorratskammer gebildet wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Meßsignale mit einem zeitlichen Abstand von 0,5 s bis 2 s gebildet und zur Erzeugung von der Änderungs­ geschwindigkeit der Schmelzenmenge im Ofen entsprechenden Signalen miteinander verglichen werden,
• b) die der Änderungsgeschwindigkeit entsprechenden Signale mit einem Bezugssignal zur Erzeugung eines einen Schmelzennachfüllvorgang anzeigenden Signales verglichen werden und
• c) der durch die geregelte Gaszufuhr in die Vorrats­ kammer erzeugte Druck in Abhängigkeit von dem den Nachfüll­ vorgang meldenden Signal zur Korrektur des Druckes in der Vorratskammer auf einen Wert entlastet wird, durch welchen eine konstante Pegelhöhe der Schmelze in der Gießkammer (4a) während des Nachfüllvorganges aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastung in der Vorratskammer (2) im Zeitabstand der Bildung der Meßsignale wiederholt wird.

3. Einrichtung zur Regelung der Gießgeschwindigkeit aus einem Druckofen für Metallschmelzen, welche eine Vorrats­ kammer (2) zur Aufnahme von Metallschmelze, einen Einlaßka­ nal (3) zum Nachfüllen von Metallschmelze, der in die Vor­ ratskammer einmündet, ferner einen Auslaßkanal (4), der mit der Vorratskammer (2) Verbindung hat, weiter einen Raum (6) oberhalb der Vorratskammer (2) zur Einstellung der Pegel­ höhe der Metallschmelze in der Vorratskammer, fernerhin ei­ ne Druckgasquelle (8) zur Zuführung von Druckgas zu dem Raum oberhalb der Vorratskammer, weiterhin eine mit der Druckgasquelle gekoppelte Regeleinrichtung (10) zur Regu­ lierung der Druckgaszufuhr zu dem Raum oberhalb der Vor­ ratskammer, sowie schließlich einen Gewicht-Meßwertgeber (11) zur Erzeugung von Meßsignalen entsprechend der Schmel­ zenmenge im Ofen enthält, gekennzeichnet durch Tastungs­ schaltkreise (12), welche Signale des Gewicht-Meßwertgebers (11) mit einem Tastungsintervall von 0,5 s bis 2 s aufneh­ men und Signale entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der Schmelzenmenge im Ofen erzeugen, ferner durch Einrich­ tungen zur Erzeugung eines Bezugssignales entsprechend ei­ ner maximalen Änderungsgeschwindigkeit der Füllhöhe der Schmelzenmenge im Ofen und durch Vergleichseinrichtungen (13), welche das Bezugssignal und die Signale entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit zuführbar sind und die Signale zur Betätigung der Regeleinrichtung (10) erzeugen, so daß auch bei dem Nachfüllen der Schmelze ein Schmelzenabguß mit gleichbleibender bzw. gewünschter Geschwindigkeit erfolgt.